多天线多用户系统中用户选择问题的研究

论文摘要

多天线技术是一项提高频谱效率和通信链路质量的移动通信关键技术。多天线多用户系统中的用户选择是充分利用多用户分集提高系统性能的一项重要技术。本文分析了多种多天线系统中的用户选择问题,提出了相应的用户选择算法。本文首先综述了移动通信技术的需求及发展,分析了多天线多用户技术的研究现状。介绍了多天线信道不同建模方法,给出了单用户和多用户的多天线系统容量。并讨论了多天线系统中的多用户分集技术。然后本文提出了基于准正交码字的上行多天线多用户接入系统,使得系统能同时接入的最大用户数为接收天线数和扩频码长的乘积;同时提出了改进的产生准正交的内插Walsh码字的方法,使得可用的扩频码字数量大量增加,解决了所提系统需要大量码字的问题;分析了该接入系统的有效性和容量性能:提出了基于用户间信道相关性和码字间相关性的两种码字分配和多用户选择方法,仿真结果显示所提算法能有效的提高系统的吞吐量。接着本文分析了块对角化系统的容量,引入启发式的正交化方法和用户间信道相关性的估计,提出了块对角化系统中改进的基于范数的多用户选择方法,分析比较了算法的性能和计算复杂度。仿真表明该改进算法在损失很小的容量的情况下,计算复杂度能得到明显的降低。该改进算法给出了容量和计算复杂度的有效折中方法。随后本文引入了差分酉空时调制技术,分析了差分酉空时调制的性能和酉阵生成方法。提出了差分酉空时调制和块对角化技术相结合的系统,克服了传统多用户块对角化系统的用户端需要知道和其他用户相关的接收矩阵的问题,提出了时变信道条件下容量有效估计方法和容量预留策略,并提出了基于容量估计的多用户选择和基于容量预留的自适应调制算法,仿真表明所提方法能够充分利用多用户分集,提高系统性能。最后本文分析了认知无线电技术在蜂窝小区中的应用中存在的问题,将已有频谱通信方式和认知无线电技术相结合,提出了一种基于已有频谱通信方式信令传输的认知无线电蜂窝通信系统。给出了多天线多用户的认知无线蜂窝系统模型,并给出了将多径信道模型扩展以适应认知无线电蜂窝系统的信道模型。研究了用户信道反馈和基站多用户选择问题,提出了基于反馈门限设置的多用户选择方法。仿真和分析该用户选择算法能够提高认知通信方式的可靠性和吞吐量。本文提出的多种用户选择算法能够适应不同的MIMO多用户系统的特点,充分利用多用户分集增益,提高系统性能,减小实现的复杂度。本文的研究是MIMO多用户分集技术研究中有益的补充和尝试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• §1.1 移动通信的发展和技术创新
• 1.1.1 移动通信的需求和发展
• 1.1.2 移动通信的挑战和技术创新
• 1.1.3 多天线技术:从理论研究到实际应用
• §1.2 多天线多用户技术的研究进展
• 1.2.1 单用户MIMO
• 1.2.2 多用户MIMO
• §1.3 本文的组织结构及贡献
• 第2章 信道模型及多天线多用户系统
• §2.1 单用户MIMO系统及其容量分析
• §2.2 MIMO信道模型
• 2.2.1 平坦衰落信道模型
• 2.2.2 频率选择信道
• 2.2.3 相关信道模型
• §2.3 多用户MIMO系统及其容量
• §2.4 多用户分集及用户选择
• §2.5 小结
• 第3章 基于准正交码字的多天线接入系统的多用户选择问题
• §3.1 引言
• §3.2 基于准正交码字的上行多天线多用户接入方法
• 3.2.1 构造多重准正交扩频码组的方法
• 3.2.2 基于准正交码字的多天线上行接入系统
• 3.2.3 相关后信道矩阵性质和码字选择
• 3.2.4 系统容量分析和码字选择方法
• 3.2.5 数值仿真
• §3.3 基于准正交码字及信道相关性的码字和用户选择方法
• 3.3.1 正交性判定
• 3.3.2 基于相关性的码字分配方法
• 3.3.3 基于相关性的用户选择和码字分配方法
• §3.4 小结
• §3.5 附录
• 第4章 块对角化系统中的多用户选择问题
• §4.1 基于块对角化的MIMO多用户系统
• 4.1.1 块对角化系统容量分析
• 4.1.2 基于范数的用户选择方法
• §4.2 改进的基于范数的多用户选择算法
• 4.2.1 启发式的Gram-Schmidt正交化
• 4.2.2 用户选择集合的减小
• 4.2.3 改进的基于范数的用户选择算法
• 4.2.4 计算复杂度分析
• 4.2.5 数值仿真
• §4.3 小结
• 第5章 基于差分酉空时调制的多用户选择问题
• §5.1 引言
• §5.2 差分酉空时调制
• 5.2.1 差分酉空时调制原理
• 5.2.2 差分酉空时调制矩阵的生成
• §5.3 块对角化和差分酉空时调制结合的系统
• 5.3.1 系统模型
• 5.3.2 仿真结果和性能分析
• §5.4 基于容量分析的用户选择及自适应调制
• 5.4.1 BD DUSTM系统的容量分析
• 5.4.2 基于容量的用户选择和自适应调制
• §5.5 小结
• 第6章 认知无线电系统中的多用户选择问题
• §6.1 引言
• §6.2 基于已有频谱通信信令传输的认知无线电蜂窝通信系统
• 6.2.1 新系统主要特点
• 6.2.2 实现方法
• 6.2.3 数值仿真
• §6.3 基于反馈门限设置的多用户选择算法
• 6.3.1 系统模型
• 6.3.2 信道建模
• 6.3.3 认知无线电蜂窝系统的反馈和机会调度概述
• 6.3.4 基于反馈门限设置的多用户选择方法
• §6.4 小结
• 第7章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 攻读博士学位期间的研究经历